大型双氧水装置主要设备的选型策略

吕厚儒(茂名石化实华股份有限公司，广东 茂名 525000)

0 引言

30万吨/年双氧水装置采用全酸性醋酸酯体系蒽醌法生产工艺技术，以氢气、空气为原料，通过触媒催化，氢气、空气中的氧气先后与工作液中的蒽醌反应得到过氧化氢，所得过氧化氢用纯水萃取后经净化、纯化，即得合格产品。溶剂经分离脱水、再生处理后循环使用。该装置为近年来国内单套较大规模的双氧水生产装置。双氧水为强氧化剂，在碱性溶液中极易分解，它与许多有机物可形成爆炸性混合物，与许多无机化合物或杂质接触后会迅速分解而导致爆炸，大多数重金属及其氧化物和盐类都是活性催化剂，尘土、碳粉、铁锈等也能加速双氧水的分解。30万吨/年双氧水装置的规模特点及双氧水的危险特性对双氧水设备选型提出了较高的要求。

1 设备选型的通用要求

设备是装置“安稳长满优”运行的基础，而设备选型是一项复杂而又关键的工程，尤其是化工装置大多属于易燃易爆的工作场所，对于设备选型工作更加要谨慎、细心、科学。30万吨/年双氧水装置设备选型主要从以下三方面考虑。

1.1 适用性原则

适用性原则就是选型的设备必须要满足生产工艺要求，要符合相关设计参数及相关制造规范，这个是选型的基本要求。如果设备选型不适用，与设计参数不符，则无法满足生产工艺要求，无法保证装置的正常运转。如机泵选型达不到设计的额定流量、扬程等参数，不仅会影响生产装置的负荷，若是某些关键输送环节，还可能会导致管道出现结焦等影响装置安全运行的不利因素。所以设备选型的首要是要对照设计文件，满足相关设计参数及制造规范，确保设备选型的适用性。30万吨/年双氧水装置设备规格大，且大部分设备材质是304不锈钢及以上材质，选型时要逐一核对相关设计参数，如流量、压力等，满足设计要求的材质等要求。

1.2 先进性原则

化工装置大多是24小时连续运行生产，能耗高，对自动化程度要求也高，所以设备选型除了满足适用性，还要追求先进性。设备选型的先进性，一方面可以减轻人力资源成本，提高生产效率；另一方面可以节省原材料及动力消耗，产量最大化的同时能使得生产效益最大化。在日渐严峻的环保形势下，设备选型的先进性可以实现相关节能环保排放指标。在设备选型招标时，要对比考虑各家的先进性，要把技术先进性作为评标定标的一个重要因素。30万吨/年双氧水装置动设备能耗大，要充分考虑设备节能先进性，降低能耗，装置的氧化尾气、氢化尾气现场排放也需选择先进的环保设备对尾气进行处理后达标排放。

1.3 安全可靠原则

习近平总书记提出“发展决不能以牺牲人的生命为代价，这是一条不可逾越的红线”。化工企业生产务必谨遵“安全第一”原则，做到坚守红线。由于化工生产的危险性，在设备选型时一定要根据设备的使用工况，确保设备安全可靠，做到选型设备的本质安全。由于双氧水遇杂质、重金属或粗糙表面容易急剧分解，双氧水装置的设备选型要特别注意材质及加工要求，材质一般为304不锈钢或以上，与双氧水接触的设备、管道切忌使用碳钢材质。设备垫片一般是聚四氟乙烯垫片或不锈钢缠绕四氟垫片，不能使用金属石墨垫片。设备内表面需打磨圆滑，不能有尖角毛刺，且不锈钢设备、管道必须经过酸洗钝化，并经蓝点检测合格后方可使用[1]。

此外，设备选型还要考虑维护保养的因素。一是设备结构设计上要考虑便于维修；二是要综合考虑维修成本，维护保养的周期；三是考虑维修配件的价格及供货渠道；四是考虑是否对维修保养人员有特殊的技能水平要求。总而言之就是设备要长周期运行、便于维修、维护保养成本低。

2 主要设备选型

2.1 空压机

30万吨/年双氧水装置空压机为氧化反应提供空气原料，是装置的关键设备。空压机设计额定排气量为53 000 Nm3/h，排气压力为0.45 MPaG，安装于非防爆区，室内环境，排气质量保证100%无油。因其排气量大，压力不高，故选择离心式压缩机型式。由于空压机的关键作用，且气量大，是装置的能耗大户，根据国内双氧水装置的使用经验，在厂家比选时，一般考虑选择进口设备，进口设备可靠性更高、维修率低、轴功率有较大优势、占地面积小且使用反馈良好，如阿特拉斯、英格索兰、寿力等。因进口空压机供货周期较长，一般在12个月左右，设计项目一开始就要催促设计院出订货技术文件，及早组织相关技术交流工作，签订技术协议，完成相关订货工作。

按照设计的排气量及排气压力，该选型的空压机一般在2级或3级压缩。考虑机组的连续运行，入口过滤器选择自洁式过滤器，可自动反吹，使用寿命一般在一年以上。考虑海边的腐蚀环境，气体冷却器、油冷却器的管束材质选择耐腐蚀性优异的铜镍合金，为了增加冷却效果，气体冷却器换热管上带翅片。为了保证润滑系统的可靠性，润滑系统采用双油冷却器及双油过滤器，可在线切换，并带主轴驱动油泵及电动辅助油泵。在主电机选型上，尽管设备装在室内，但考虑海边环境，对电机防护等级还是按IP55选择；电机功率大，一般都在4 000 kW以上，启动电流大，电机启动方式需配置软启动，电机冷却选择IC 81W(空水冷)并带漏水保护；此外，电机还应带差动保护、电机振动监测系统。电机品牌推荐进口品牌如SIEMENS、ABB、TECO等。在仪表系统选型上，机组通过西门子PLC控制，并具有自动双重控制模式和全恒压控制模式供选择，流量调节范围在70%～100%，通过控制入口导叶及放空调节阀调节。喘振对机组运行影响大，需配置喘振保护功能。机体轴振动大、油温高、油压低、主电机轴承温度高、主电机绕组温度高、压缩机轴承温度高这几个参数需设置联锁停机保护，其中油温、油压要求三取二联锁。在主要参数及配置统一后，评标时主要对各家的业绩、轴功率、公用工程消耗、总价及维护成本等进行综合对比考虑。

2.2 大流量离心泵

30万吨/年双氧水装置工作液循环流量大，共设置8台工作液大流量机泵，其中2台氢化液泵、2台氧化液泵、2台循环工作液泵额定流量为1 300 m3/h，2台中间氢化液泵额定流量为1 700 m3/h，氢化液泵要求扬程最高为90 m，故这8台工作液泵选单级离心泵即可，且其工作温度均不高，为了节省成本，可选择OH1离心泵。在材质选择上，氢化液泵和氧化液泵按304L不锈钢，另外两个位号的机泵按304不锈钢。因为工作液渗透性强，且工作液中的蒽醌在常温下容易析出，工作液泵的密封及其冲洗形式均选择PLAN11单端面机械密封。若选择其他形式的机械密封如双端面机械密封，泄漏的工作液会污染密封冲洗液并伴随蒽醌结晶析出进而造成更大的损坏，而且密封冲洗液为油类，如果工作液带双氧水的话也会引起分解情况出现。在电机选型上，因装置为防爆区，氢化液泵和中间氢化液泵因介质含微量氢气，防爆等级选DIICT4，另外两个位号的电机选DIIBT4即可。考虑海边腐蚀及南方多雨环境，电机防护等级按IP55，并选择户外湿热型电机。工作液泵轴功率大，电机额定功率一般都在315 kW以上，配套的电源按10 kV，且电机需达到II级或以上能效标准，每台电机需配3个绕组测温和2个轴承测温，同时配备电流监测。工作液泵作为装置的重要机泵，且流量大、能耗高，建议选择国内一线品牌的泵制造厂家。在评标时，要重点对比各家的业绩、轴功率，保证设备可靠使用下低耗能。

2.3 过滤器

由于双氧水遇杂质极易分解，过滤器在装置中起着重要的作用。30万吨/年双氧水装置共设置了主要过滤器共29台，均为精细过滤器。在滤芯形式上，气体过滤器为金属烧结滤芯，材质均为304不锈钢，此类滤芯可清洗后重复利用，除白土床吹扫气过滤器外，其他气体过滤器为公称精度1 μm。氢化液、循环氢化液、循环工作液过滤器均分一级和二级过滤，一级过滤器滤芯材质为聚酯，公称精度5 μm；二级过滤器滤芯材质为玻纤，绝对精度1 μm。氧化液过滤器按绝对精度1 μm选型，滤芯材质为玻纤。

在选型时，考虑装置的空间充分利用，选用立式过滤器，但立式过滤器不能太高，太高的话一是影响配管，二是影响滤芯的拆装空间，而且也会增加搭建操作平台的成本。要注意工作液的滤芯材质不能选用聚丙烯的，因为聚丙烯与工作液容易出现溶胀情况。设计数据表对过滤器的过滤面积没有统一规定，这是个难题，因为各制造厂家的滤膜成分比例、加工工艺及过滤效果不一样，所以无法去统一要求，只能各家根据自身的技术特点及项目经验去计算，但过滤面积又是过滤器的一个重要指标，应作为评标时的一个重要对比参数。过滤器压差是滤芯更换的重要参考指标，需在过滤器壳体进出口管分别设置现场及远传压力指示。因为过滤器的重要性，且滤芯均为精密滤芯，建议交货时找第三方检测机构抽检分析滤芯的精度、材质、过滤效率等重要参数指标。工作液滤芯技术要求高，滤芯均为一次性使用，更换成本较高，且固危废处理成本大，建议实地考察厂家的项目业绩使用情况[2]。

2.4 涡轮膨胀发电机组

双氧水装置涡轮膨胀发电机组属于节能环保设备，是利用氧化尾气对涡轮膨胀机叶轮做功，带动发电机转动转化为电能，不仅能够利用低温回收氧化尾气中的有机物，还能够转换为电能，达到节能减排的目的。

在设备配置上，机组的入口和出口应设置气液分离器，以分离水、芳烃等液体。入口分离器的作用是对入口气体进行简单的分离，避免过多液体带入机组，影响机组的制冷效果。出口分离器的要求高一些，要求去除0.3 μm的固体(去除效率在99.99%以上)及0.1 μm以上的液滴，所以需要设置聚结滤芯才能满足要求。为了调节尾气进气及排气温度，设置一台高效板式换热器(冷箱)，实现进气与排气的换热。在润滑系统配置上，需配置两台齿轮泵，一开一备，当润滑油压力低时，可联锁启动备用泵，另外配双油过滤器，可在线切换，保证润滑系统的可靠运行。在电气系统的配置上，发电机选异步发电机，满足DIIBT4防爆等级及IP55防护等级，配置的并网柜装在厂区配电室，便于发电的近距离并网。在仪表系统的选型上，冷箱设置旁路调节阀，可调节进排气的温度。为了保证机组故障跳停时不造成氧化系统憋压，需在机组的旁路设置可调节的切断阀，机组故障时可联锁打开旁路。为了保证机组的安全运行，需设置联锁系统，机组的转速高、供油压力低、发电机的轴承温度高、发电机的绕组温度高、减速机轴承温度高、振幅大均应作为联锁值。在相关配置及参数确认满足后，评标时重点对比制造厂家的并网功率，这是一笔不小的节能帐，也是制造厂家的核心技术所在。

2.5 氧化尾气吸附机组

30万吨/年双氧水装置满负荷生产时将有多达45 000 Nm3/h的尾气排放于大气中，而尾气中含芳烃等有机物，氧化尾气吸附机组正是利用吸附剂把绝大部分有机物吸附截留并回用，从而使排放的尾气满足环保要求，而这些吸附剂又可以通过蒸汽进行脱附再生。在吸附剂的选择上，目前国内双氧水装置主要是碳纤维和活性炭颗粒两种，这两种吸附剂都有较好的吸附效果，选型时主要对比各厂家吸附剂的使用寿命，也要考虑吸附剂的装填量，毕竟日后更换下来的吸附剂会增加危废的处理成本。在系统配置上，机组应能通过PLC实现全自动运行，吸附与脱附过程全自动控制。碳罐的数量要设置合理，满足装置吸附负荷的同时，还要考虑吸附、脱附的运转分配，一般设置4～5个碳罐。脱附的芳烃可回装置再次利用，为了保证其洁净度，应设置芳烃精细过滤器，过滤精度要求达到绝对精度1 μm。安全系统应设置紧急放空旁路，配置进气、排气CO检测仪，以及水喷淋消防系统、氮气消防系统。如果使用活性炭颗粒作为吸附剂，考虑特殊情况如进气压力忽高可能会导致活性炭被吹出，建议在碳罐的排气口加上滤篮，阻止此情况的发生。氧化尾气吸附机组在装置运行中起着重要的环保作用，且设备投资大，在评标时，要综合对比各厂家的业绩，必要时出外实地考察使用业绩。

3 结语

通过对设备选型通用要求的理解，针对30万吨/年双氧水装置规模大的特点及双氧水易分解的危险特性，对双氧水装置的主要设备：空压机、大流量离心泵、过滤器、涡轮膨胀发电机组、氧化尾气吸附机组的选型要点进行了归纳，为双氧水项目相关设备选购提供了策略参考。